进展揭示半导体使用钻石是高度有效的热管理解决方案加速,由于长期的布里斯托尔大学的研究伙伴关系,元素六。
几十年来,元素六有一个成功的工作与布里斯托尔大学的合作。
图片来源:元素六
更好地理解天然钻石的特性通过应用人工模仿他们的热量和压力(采用HPHT)石墨,戴比尔斯建立了一个秘密项目和学校物理在1950年代,由查尔斯爵士弗兰克。查尔斯爵士弗兰克以检查钻石的混乱和固态物理的许多领域。
然后,安德鲁·朗CBE,进行这项工作。新化学汽相淀积(CVD)元素六,首创的方法,首先由协作与迈克阿什教授在1990年代末。现在这个方法打开新的机遇在几个应用程序,从高功率密度电子水处理和量子设备。
元素六现在与马丁Kuball合作,布里斯托尔大学的物理学教授,探索新的途径来描述和使用钻石的热导率。
Kuball的研究中心主任设备温度记录和可靠性(CDTR)专注于电子系统的热管理,特别是钻石的接口与半导体材料(如氮化镓(GaN)和氧化镓(Ga亚博网站下载2O3)。
伙伴关系导致的创建和改进CVD金刚石热解决方案,使满足所需的功率密度不断增加对新技术的巨大需求。高带宽视频通话,下载和流媒体服务对许多媒体类型,并从立方体卫星数据传输是几个例子。
所面临的挑战
每个电子行业都有见过一个稳定的趋势更大的功率密度,渴望更多的小。而更快的电池充电电动汽车要求更好的功率密度,低成本的需求数据,视频聊天和流媒体服务需要大带宽在基站和卫星。
为有效和可靠的操作功率密度高于几千瓦/厘米2、半导体需要创新的热管理技术。
大约50%的所有电子系统故障是由于温度、和半导体器件的效率和结温是直接相关的。大约2 - 3 W必须消耗能量的主动冷却每瓦特能量损失的热量,这往往会增加系统的重量,大小,和成本。
一个高性能的射频(RF)基站通常失去30至40%的能源通过热量。硅电力电子的效率,经常用于汽车、房屋、电网,可以达到高达94%,但任何改善性能上面这一点是非常有益的。
基于光学特性的金刚石材料使用瞬态thermoreflectance(竞技场队伍)。亚博网站下载图片来源:元素六
宽禁带半导体使下一代无线架构(5 g和之外),这增强了数据通信速度远远高于目前的4 g。
图片来源:元素六
的机会
以其极低密度、高强度、辐射硬度和高导热系数(> 2000 W /可超过5倍等金属铜和十倍比陶瓷等价物),人造金刚石提供了改变游戏规则的散热。
布里斯托大学CDTR集中在热形变场建模在电子技术中,定位和理解热损失的来源系统来改善热管理。
据研究人员介绍,可以测量和本地化一微米级别使用光学和拉曼光谱。Kuball教授的团队现在可以使用此信息来钻石热管理集成半导体主要通过协作元素六和布里斯托尔大学的经验描述钻石。
元素六多年来协助大学研发,提供创新的材料、融资博士和博士后,博士学位培训经费,合作参与欧盟、英国、和美国DARPA发展项目。亚博网站下载
布里斯托大学分拆公司TherMap解决方案,提供快速和简单的数据收集研究半导体材料的热管理解决方案,设备和包装。亚博网站下载2019年,元素六协助教授Kuball建立这家公司。
由于共享跨越50多年,元素六和布里斯托尔大学的过去二十年利用相互人才和专业知识更好地理解一些等离子体化学的基础知识,帮助CVD金刚石的食谱的设计。今天,市场开放与Kuball的团队专注于理解和应用金刚石开发通过这些食谱提供半导体行业提高效率。
首席技术专家,博士丹尼尔Twitchen元素六
解决方案
通过这个与布里斯托尔大学的合作,元素六也加强了CVD金刚石过去十年生产晶圆可以切片和加工创造坚固的,轻量级的散热器,导致较低的操作温度和更好的性能。
结温度可以降低到40°C和精确的热损失分析,和设备效率可以提高10%以上。
钻石的显著特点在highly-powered电子真正发挥作用。解锁这个潜在需要彻底了解半导体材料之间的接触和钻石热撒布机一样有效可行的高功率密度。
这正是Kuball教授的经历作为应用physicist-including他开拓GaN激光二极管工作在布朗大学已经是一个巨大的资产。
Kuball教授的分析成为可能识别问题在设备之间的热障晶片和钻石当元素六最初率先使用钻石为甘冷却设备。该公司可以大大增强其最初的过程。
在高功率,热导率显著增加的挑战。做什么材料的解决方案在一个较低的驱动设备,如定期GaN激光二极管,不会证明有效的射频设备操作以极高的电压或卫星的情况下,在极端温度周期。随着时间的推移这种性能也需要持续。
马丁•Kuball教授,布里斯托大学
美国国防工业已经大大受益于这种学术和工业研究人员之间的协作。用钻石来解决问题在高性能军用射频雷达和数据的应用程序中,元素六和布里斯托尔大学的几个美国国防部高级研究计划局合作计划,包括热管理技术项目。
电子在纳米卫星的使用,或立方体卫星,目前正在调查低地球轨道上的通信网络,是另一个领域的科技进步示范重大承诺。
由于钻石的可靠性、有效性和优秀的辐射电阻,元素六Diafilm™TM220提供的利益减少体重和改善生活为这些小而复杂的设备。
Element Six Diafilm™TM220。图片来源:元素六
要了解更多,请访问:www.e6cvd.com
下一个步骤
Kuball教授说,钻石是机遇和挑战在未来仍将在其与其他材料的集成,如碳化硅(SiC)、氧化镓和氮化镓。亚博网站下载
作为一项2200万美元的研究经费的一部分项目叫做椅子在新兴技术,英国皇家工程院授予Kuball教授的支持,只有8个英国学者之一。
Kuball试图创建一个新类半导体电力电子器件采用超宽能带材料,包括氧化镓、氮化硼(BN)和氮化铝,为他的项目,“Ultrawide能带电力电子发展低碳经济”(AIN)。亚博网站下载
这些新产品将小,适应性强,而且,最重要的是,更节能。
虽然使用氧化镓等材料提出了许多新的障碍,一个亚博网站下载超级结搭配钻石可以创建时非常有效,使高电压电器。
这些挑战应该通过不断的改善之间的接口的描述和优化新材料和金刚石热管理技术,与持续的知识交流和帮助元素六。亚博网站下载
进一步研究金刚石金属集成,这将导致新的包装这些半导体器件技术的进步,现在是由欧盟资助的地平线2020项目,在布里斯托尔大学的进行。
最近,元素六推出了其最新热品位,Diafilm™TM220,提供最高的热性能和可以集成到现有的电子通过金属化和附件设计计划。这带来的变革表现在寿命和效率,导致较低的尺寸和重量在竞争成本。
图片来源:元素六
产品细节:Diafilm™TM220
世界上第一个钻石热解决方案,Diafilm™TM220,介绍了2019年9月,旨在提供热导率超过2200 W /可。由于TM220热各向同性,热量分布同样有效地通过材料和一个平面的方向。
低介电常数、光学清晰度、电气绝缘、低密度和化学惰性进一步的特征使它理想的材料推动先进的热管理的局限性。
进一步的阅读
- 新Diafilm TM220元素六提供热导率超过2200 w / mK - 2019,电子冷却
- CVD金刚石-整合优越的热材料Obeloer & B斯特凡,2014年,电子冷却
这些信息已经采购,审核并改编自材料提供的元素六。亚博网站下载
在这个来源的更多信息,请访问元素六。